人工智能赋能五育融合大单元教学的实践探究

培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人是学校落实育人目标的素养要求，也是学校发展素质教育、实现学生完整生命目标的核心要求。然而，目前学校教育存在片面育人的情况。教师以传统的课时单元方式授课，课时之间的内容往往缺乏有效的衔接，导致学生所学知识是零散碎片化的。这种方式不利于培养学生的高阶思维、知识迁移能力、创新意识，以及运用数字化手段解决学习和生活复杂问题的能力。为了解决这些问题，我们需要关注五育融合，而大单元教学是实现深度学习的实践路径。随着技术的不断革新，人工智能（ArtificialIntelligence，AI）应用场景已经涉及社会各个领域，其中蕴含着丰富的德育、智育、体育、美育、劳动教育等内容。合理运用人工智能的资源和工具开展五育融合大单元教学，不仅可以为教育注入活力，也是推动课堂教学改革、促进学科核心素养落地、实现课程育人价值的有效路径。基于五育融合的理念，笔者设计了大单元课程“智能养老院”，开展了人工智能与教育教学深度融合的实践探索。一、人工智能赋能五育融合大单元教学的优势（一）浸润——开辟课程育人路径应用人工智能技术，可以为课程开辟“浸润式育人”新路径。例如，学生可以应用人工智能技术创作“AI+大国重器”“AI+航空航天”“AI+空气监测”等特色作品，通过这种形式深入体验人工智能的魅力。这样的实践可以促进学生五育融合全面发展，从而实现课程育人的目标。（二）拓展——营造新型学习场景搭建人工智能作品，可以为学生营造“真实问题解决”新场景。教师通过设计真实的问题情境，激发学生学习的积极性。在搭建人工智能作品的大单元学习场景中，学生将抽象问题特征具体化，建立算法模型，编写程序代码，实现作品功能并展示分享。通过这个过程，学生不仅总结了经验，还能将这些经验迁移到相关的其他问题中。通过自主探究学习和小组协作学习，学生可以体验利用人工智能探究新知的乐趣，并在实践中促进了知识应用和创新思维的形成，问题解决能力得到培养。（三）转变——培养专家学习思维钻研人工智能项目，可以为学生构建“专家型学习者”新思维。通过设计人工智能系统、开发人工智能项目作品，学生能够提出新问题，发现新知识，形成新方案。在“聚焦问题本质—分析原因—设计优化解决方案”的过程中，学生不仅构建出自己可理解的知识体系，还拥有了深度的学习经验。在这一过程中，学生锻炼了编程技能、培养了计算思维，并提升了创新意识和创新能力，逐步向专家型的学习者转变。落实课程的育人价值并促进学生全面发展，五育融合是必然选择。要促进学生深度学习、培养学生核心素养，大单元教学是关键要素。借助人工智能，以单元学习为整体有计划地围绕五育融合开展课程教学活动，是实现课程目标从“知识技能习得”向“核心素养生成”转变的有效路径。二、人工智能赋能五育融合大单元教学设计《义务教育课程方案（2022年版）》指出教师要“探索大单元教学，积极开展主题化、项目式学习等综合性教学活动”，引导学生自主实践、探究梳理，让学生在解决真实问题和完成挑战任务的过程中实现知识建构、素养提升与思维发展，以适应未来社会发展的需求[1]。笔者依据课标，基于社会热点和学生学情，将大单元课程定为“智能养老院”，并设计出人工智能赋能五育融合大单元教学结构图（如图1）。（一）以人工智能为基石根据人工智能课程的特点，笔者在掌握学生认知规律和学科知识逻辑体系下设计了以“AI赋能，智慧养老”为主题的五育融合大单元课程。教师引导学生在课前对家中以及小区老人进行访谈调查，明晰老人的生活困难。教师带领学生借助传感器技术、语音识别技术、图像识别技术、物联网技术和无线蓝牙技术，设计出5个项目作品，分别为“智能台灯”“智能风扇”“智能报警”“智能药箱”“智能苗圃”。每个项目包含2～4个课时。学生在课上分析作品功能，利用图形化编程软件设计算法和编写程序制作出能够帮助老人解决生活困难的系列智能作品，进而运用技术解决实际问题的能力得到培养。（二）以“大概念、大任务、大项目、大问题”为引领“智能养老院”以人工智能为大概念，以“设计智能作品”为大任务，以“为养老院设计系列智能作品，帮助老人过上智能生活”为大项目，以“如何借助AI技术设计智能作品”为大问题开展大单元教学。大单元教学设计包括单元学习目标、单元学习内容、单元学习活动和单元学习评价。教师通过开展大单元教学，实现课程知识由无序到有序，再到进阶的螺旋上升过程，让学生在为解决真实问题设计作品的过程中达成学科内容与素养目标的有效衔接。（三）以“培养全面且整体发展的人”为出发点笔者以培养全面且整体发展的人为出发点，遵循由互联到互育、再到合育的认知逻辑，深入探索大单元课程与五育之间的关联点与融合点。例如，教师通过讲授人工智能与人类、社会和生活的关系，向学生渗透人工智能伦理道德和科技向善的德育理念；通过引导学生在课堂上绘制流程图、设计算法、动手编程实践、制作智能作品等提升智育水平，培养他们解决复杂问题的能力和高阶思维；利用小组合作、沟通交流的方式，培养他们团队协作的体育精神；通过鼓励学生优化算法、美化作品来提升他们鉴赏美、创造美的能力；通过让学生参与连接硬件、外观搭建，培养他们动手操作的习惯，提高他们热爱劳动的意识。通过人工智能赋能实施大单元教学，让课程达到“五育并举，融合育人”的效果。三、人工智能赋能五育融合大单元教学的实践（一）单元学习目标单元学习目标应聚焦单元学习主题，从基础的教材知识技能目标拓展到运用所学内容解决问题的迁移应用目标。该课程具体目标包括知识目标、素养目标、技能目标和五育目标，具体内容如图2所示。该课程总目标是：学生能利用技术设计一系列人工智能作品，以解决生活实际问题，遵循技术向善的原则，并恰当运用人工智能技术服务于社会。（二）单元学习内容人工智能赋能五育融合指导下的大单元教学是以解决学生真实生活中的问题为情境，以设计智能作品为切入点，以德、智、体、美、劳全面发展为提升目标，以科学探究为落脚点，引领学生自主学习、探究学习、合作学习。表1为“智能养老院”大单元课程内容。该大单元课程通过让学生设计智能作品帮助老人解决生活难题，培养他们的责任感和关爱老人的意识，从而实现德育的渗透。学生能够根据作品功能进行任务分析、抽象分解、制订方案、动手实践、迭代优化，从而解决复杂问题能力和高阶思维能力都获得发展。教师引导学生参与小组协作交流、共同完成作品制作，培养学生的团队协作能力，这是体育内容的体现。学生还能够动手搭建人工智能作品、正确组装连接硬件设备，并对作品外观进行美化，从而实现劳动教育和美育的教育目标。（三）单元学习活动单元学习活动注重在“做中学，创中学，玩中学”的过程中深化对人工智能原理认知[2]，旨在培养学生运用人工智能技术解决生活实际问题能力，同时让他们意识到人工智能对人们生活的影响与改变。例如，在“智能台灯”项目课程中，笔者设计了三个实践活动：当红外线传感器检测到有人靠近，台灯打开；利用语音控制台灯的开启和关闭；使用语音控制台灯的夜灯模式、正常模式和关闭，且若十分钟后无操作台灯自动关闭。这些学习活动情境均来源于学生的生活，每个活动的知识结构逻辑互相关联，难度逐层递进，使学生能够由浅入深地理解知识背后的原理。通过难度不断进阶的学习活动，学生能够在实际操作中深化对人工智能的理解，在不断探索人工智能奥秘的同时激发对人工智能的学习兴趣，为未来的学习奠定基础，实践能力和创新素养得到切实提高。（四）单元学习评价单元学习评价能够及时反馈学生的学习状况，激发学生在学习进程中的积极性，增强他们的学习活力，并将其转化为学习过程中的积极行动，进而培养高阶思维和提升创新意识，实现以评促学。因此笔者依据课标理念和具体学情，从五育评价维度出发，融合五育要素，设计了“智能养老院”单元学习评价量表，如表2所示。四、AI赋能五育融合大单元教学的实施案例大单元课程开发后，笔者进行了教学实施，下面以“智能苗圃”项目为例，阐述“智能养老院”大单元教学的具体实施过程。图3是“智能苗圃”项目学习流程图。（一）项目学习目标“智能苗圃”项目课程的学习目标包括以下四点。1.知识目标：认识土壤湿度传感器、光线传感器和水泵以及相应的程序控制指令。2.技能目标：能搭建物联网平台；能编程检测土壤湿度和光线强度以及控制水泵浇水；学会绘制流程图和逻辑关系表。3.素养目标：客观认识人工智能技术给生活带来的影响，了解人工智能的社会价值（信息意识）；学会分析作品，掌握实验探究方法，能设计根据土壤湿度值控制水泵和根据光照强度控制灯的逻辑算法（计算思维）；灵活使用编程平台编写程序和创作作品，综合运用人工智能设备和程序指令解决实际问题，设计功能复杂的作品（数字化学习与创新）；能合理恰当地利用人工智能技术服务人类与社会（信息社会责任）。4.五育目标：培养爱老敬老、关爱老人的责任担当意识（德育）；能对问题进行抽象分解、设计算法、动手编程等问题解决能力和高阶思维（智育）；培养团队合作、沟通交流的团队协助能力（体育）；培养优化算法、美化作品，具备审美能力和创美能力（美育）；培养动手搭建作品、拼搭设备、正确连接各个设备的劳动能力；形成利用人工智能技术服务人类的社会责任感（劳动教育）。（二）项目学习内容本项目的学习情境是：很多老年人有种花养草的爱好，然而他们因记忆力衰退很容易忘记给植物浇水，或者会有因外出导致家中植物长时间无人浇水的情况。因此需要学生设计智能苗圃帮助老年人实现智能种植。在本项目中，教师首先让学生分析“智能苗圃”的作品应有哪些功能，并预测实现这些功能所需的设备。学生通过小组合作交流，填写学习单，自主探究以形成问题解决的方案，并设计出作品功能流程图和相应的探究实践活动。经过学生的交流讨论，本项目的学习活动逐渐确立。学生通过分析问题、认识硬件、开展活动、交流展示和反思评价完成“智能苗圃”项目学习。在这一基于真实情境的问题解决和实践探究过程中，学生不断深化对人工智能相关概念和对算法原理的理解，并建立起运用系统思维探究解决实际问题的能力。（三）项目学习活动本项目的学习活动包括以下三个阶段。1.学生测量土壤湿度值和植物生长环境的光线强度值。2.学生在物联网平台搭建实时监测土壤湿度和植物生长环境的光线强度。3.学生通过编程使作品实现当土壤干燥时自动浇水、当光线不足时自动补光的功能。这三个实践活动具有引导性、指向性和层次性，为学生建构学科知识提供了充足的时间和空间。图4展示了学生进行学习活动的场景，图5展示了物联网平台上显示的学生测得的数据。通过小组合作开展实践活动，学生亲身经历问题解决过程，深入领会学科知识的内涵，核心素养得到培养。（四）项目评价方式在“智能苗圃”项目中，笔者借助单元学习评价量表对学生在本项目的学习活动表现情况进行五育评价。这包括对学生在德育方面的表现，如人文关怀情感、技术向善原则、自主可控意识以及创新理念进行评估。智育方面的评价点是学生是否能够进行抽象建模、设计算法和编写程序。体育方面的评价点是学生参与小组合作活动的团队精神以及面对挑战时表现出的勇气和竞技精神。美育方面的评价点是学生的作品设计理念和外观美化效果。劳动教育方面的评价点是学生独立组装硬件的能力以及作品设计的合理性。学生可以借助学习评价量表激励和监督自己的学习行为。教师借助学习评价量表能够获取学生学习进展的反馈，以便了解学生学习状态，并为后续的教学提供指导和参考。五、人工智能赋能五育融合大单元教学的实施效果（一）从浅层学习走向深度学习“智能苗圃”项目以“AI赋能，智能养老”为核心主题开展大单元教学，旨在帮助学生建立系统的知识体系，确保课时之间形成有序的整体结构。在教师的引领下，学生聚焦真实生活情境，围绕具有挑战性的学习任务自主实践，在深度参与活动的过程中体验成功，从而打通了知识到素养的通道，实现从浅层学习走向深度学习。（二）从知识技能走向核心素养教师引导学生利用人工智能模rIEBSSOB7JAjwx7xrw4qL6roI+TL1Y1pYcnA9ZD68No=拟解决真实生活中的问题，培养他们从身边的现象中主动获取信息的意识。学生学会将生活问题抽象、分解、建模，沿着学科知识脉络去思考探究，理解知识背后所蕴含的逻辑、思想和方法，并将所学知识迁移运用到实际生活中。这一过程培养了学生的学科核心素养、推动了他们品格与价值观的形成。（三）从片面育人走向全面育人“智能苗圃”大单元课程充分挖掘人工智能技术支持学科蕴含的“五育”育人点。课程内容既包括“关爱老人、责任意识”的德育渗透，也包括“设计算法，编写程序”的智育培养，还包括“小组合作，协同学习”的体育融合。此外，课程还注重“创意设计，优化作品”的美育熏陶，以及“动手操作，搭建外观”的劳动教育体验。通过德智体美劳多样化实践活动的有机融合，课程不断滋养学生个体的全面发展，充分体现了课程丰富的育人价值，实现全面育人的目标。六、反思展望作为新时代教师，我们应积极贯彻课标要求，主动变革教学方式，以培养全面